2024年8月，来自德国汉诺威医学院研究团队在Journal of Neuroinflammation发表一篇题为“Transcriptomic analysis unveils bona fide molecular signatures of microglia under conditions of homeostasis and viral encephalitis”，揭示了小胶质细胞在健康和疾病条件下的转录组特征。
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文章亮点
01
用单细胞技术解决了什么问题？
作者通过比较免疫沉淀RNA和总RNA来富集小胶质特异性转录物的方法，通过单细胞转录组测序（scRNA-seq）发现。这些富集的转录组有助于确定健康和病毒感染条件下小胶质细胞的真实特征。研究定义了稳定状态下和病毒性脑炎期间小胶质细胞的转录景观，并强调了小胶质细胞和T细胞之间的细胞相互作用。
02
实验亮点
对体外培养的小胶质细胞、分选的小胶质细胞以及通过RiboTag方法确定的小胶质细胞翻译组进行了并排比较分析，以识别定义稳态和炎症条件下小胶质细胞的特定分子触发因素和特征。研究结合了RiboTag方法中通过比较免疫沉淀RNA与总RNA来丰富相关基因签名的概念，并评估了已知在组织中大量存在的转录本的特异性。
03
临床意义
文章探究了小胶质细胞在稳态和病毒性脑炎期间的转录组特征，并突出了小胶质细胞与T细胞之间的相互作用，这些相互作用有助于控制病毒的传播。研究结果为理解小胶质细胞在健康和疾病中的生物学角色提供了新的见解，并可能有助于开发新的治疗策略。
方法流程
研究背景
小胶质细胞是中枢神经系统(CNS)的驻留免疫细胞，起源于胚胎发育期间播种到大脑实质中的红髓系祖细胞。它们在性质上具有高度的可塑性，使它们能够持续监测CNS环境，并通过调节突触连接、髓鞘形成、血管生成和重塑神经回路来建立大脑稳态。核糖体标记方法(RiboTag)是研究复杂组织中特定小胶质细胞基因表达谱的另一种方法。
研究结果
1.不同的实验方法对小胶质细胞基因表达谱的影响
文章使用了包括体外培养、RiboTag技术(一种通过免疫沉淀来富集特定细胞类型的核糖体结合mRNA的方法)和流式细胞排序等技术来分析小胶质细胞的转录组。流式细胞排序过程中的剪切应力是诱导小胶质细胞基因表达变化的关键因素之一。此外，作者还发现公开的单细胞RNA测序数据集存在与细胞排序相关的异常基因表达特征，这可能会影响对小胶质细胞在健康和病毒感染条件下真实状态的理解。
2.小胶质细胞在流式细胞排序后表现出人为诱导的转录改变
作者探讨了流式细胞排序对小胶质细胞转录活性的影响。发现流式细胞排序过程本身会引起小胶质细胞的转录激活，即细胞的基因表达模式发生改变。具体来说，与未经流式细胞排序的细胞相比，经过排序的小胶质细胞表现出更高水平的活化相关基因表达，如Jun、Egr1、Hspa1a、Dusp1以及免疫相关基因Ccl4和Nfkbiz。此外，在冰冷条件下或加入转录抑制剂进行细胞分离时，可以减少这种由细胞排序引起的异常活化标志。这些发现提示，流式细胞排序可能对细胞造成一定的压力或损伤，导致细胞转录状态的改变。
3.差异状态分析揭示了真实的小胶质细胞特征被体外诱导的人工因素所混淆
通过对VSV感染样本的转录组和翻译组分析，文章发现与未感染的对照组相比，感染后的小胶质细胞表现出显著的转录变化。这些特征原本是真实的，但却被体外实验过程中引入的人为因素所混淆。作者采用了不同的实验方法，包括体外培养、RiboTag技术以及流式细胞排序，来分析小胶质细胞在健康状态和VSV(感染状态下的转录组。通过主成分分析(PCA)，研究人员发现，使用不同方法处理的小胶质细胞在转录层面上表现出明显的差异。VSV感染的样本与未感染的对照组相比，出现了显著的转录变化，这表明小胶质细胞在响应病毒感染时发生了重要的变化。
4.VSV诱导的脑炎与大量的T细胞浸润和T细胞与小胶质细胞的紧密相互作用有关
VSV感染后，小胶质细胞表现出独特的表达模式，这些模式与T细胞的激活和细胞因子的产生有关。小胶质细胞在VSV感染的动物大脑中显著上调了与MHC(主要组织相容性复合体)I类和II类分子、共刺激分子、Fc受体以及吞噬作用相关的基因表达。这些分子的表达增强表明小胶质细胞可能在增强抗原交叉递呈能力，以应对炎症状态。此外，通过流式细胞术分析，在VSV感染的小鼠大脑中，与对照组相比，明显增加了单核细胞、中性粒细胞、B细胞、NK细胞和T细胞。特别是在VSV感染的样本中，CD8+和CD4+ T细胞的比例显著增加，这表明在VSV感染后，原本免疫细胞稀少的中枢神经系统(CNS)中，T细胞被大量召集。组织学分析进一步揭示了CD3+ T细胞与IBA1+小胶质细胞在感染小鼠的大脑中的接近程度，暗示了T细胞与激活的小胶质细胞之间的密切相互作用。这些发现强调了小胶质细胞在调控T细胞介导的抗病毒反应中的潜在作用。
参考文献
Mulenge, F., et al. "Transcriptomic analysis unveils bona fide molecular signatures of microglia under conditions of homeostasis and viral encephalitis." Journal of Neuroinflammation, vol. 21, 2024, p. 203. https://doi.org/10.1186/s12974-024-03197-2
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